北斗一代射頻單收芯片RNC2410的應用

摘要：簡述北斗一代射頻單收芯片的應用

關鍵詞：衛星導航系統；射頻接收；RNC2410

概述

衛星導航定位技術目前已成為人類活動中普遍采用的導航定位技術，并迅速發展成為一個新興的產業——衛星導航定位產業。美國和俄羅斯相繼建成全球衛星導航系統GPS和GLONASS，歐盟目前正在進行GALILEO系統建設。為了建立獨立自主的中國衛星導航系統，于2000年成功發射了北斗導航定位系統的兩顆衛星，標志著我國衛星導航技術取得突破性進展。使我國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。與GPS不同，北斗衛星導航系統是主動式雙向測距二維導航。北斗系統由兩顆地球靜止衛星、中心控制系統、標校系統和各類用戶機等部分組成。首先由中心控制系統向兩顆衛星同時發送詢問信號，經衛星轉發器向服務區內的用戶廣播。用戶響應其中一顆衛星的詢問信號，并同時向兩顆衛星發送響應信號，經衛星轉發回中心控制系統。中心控制系統接收并解調用戶發來的信號，然后根據用的申請服務內容進行相應的數據處理。

雖然北斗一代衛星系統具有通信功能、但是由于其定位方法采用有源定位方式，導致用戶容量、定位精度、隱蔽性和定位頻度等方面受到一定的限制。隨著北斗一代衛星定位基帶處理算法的改進，目前已可以實現三星無源定位。早在2005年，我國首臺北斗一號三星無源定位接收機樣機就已研制成功，獨立自主地解決了快速實時定位問題，可為中國及其鄰近地區提供全天侯、高精度、快速實時導航定位服務。北斗一代三星無源定位的日益成熟，可擺脫容量限制，極大擴寬了北斗一代終端產品的應用。

北斗一代終端產品更重要的應用領域是單收授時，授時服務是眾多行業所必需的，如通信基站、電力等行業，目前這些行業采用的授時都是GPS，從各個角度來看，采用北斗授時是大勢所趨，且量非常大。

南京廣嘉微電子有限公司針對北斗一代單收市場需求，專門開發了一款北斗一代射頻單收芯片RNC2410。RNC2410具有性能優越、功耗低、穩定性高、體積小等顯著優勢，只需要片外少許器件即可實現北斗一代的射頻接收功能，大大減小了產品體積，降低了系統成本。

RNC2410

RNC2410是一款用于“北斗一代”衛星導航系統的射頻接收芯片。芯片集成了接收通道所有模塊和頻率綜合器。接收通道既可以提供模擬信號輸出，又可以提供ADC采樣后的量化信號輸出，并可提供采樣時鐘輸出。采用片外少許元件就可以實現“北斗”用戶機的接收功能。芯片采用標準的SPI接口協議。

該芯片采用兩次變頻結構，接收機首先通過射頻前端電路把射頻信號下變頻到第一中頻，然后通過第二混頻器把第一中頻下變頻到最終中頻輸出，通過合理的頻率規劃，可以大大提高接收機的鏡像抑制和信道選擇性。為了提高芯片的集成度，減少外部元件的數量，該芯片還集成了頻率合成器和相應的壓控振蕩器，并集成了一個專門用于產生ADC采樣時鐘的鎖相環。該鎖相環同時產生基帶用的基準時鐘。

中頻可變增益放大器完成1dB步進增益控制。通過內置的自動增益控制環路，輸出信號電平可以保持在差分峰一峰值1V。RNC2410既可以提供模擬中頻信號。又可以提供2位量化信號。

RNC2410采用標準的四線SPI接口與控制單元進行通信，寫操作。當CS由高變低時，主設備開始通過SDAI對RDSS射頻芯片進行寫入。最先寫入的是讀寫指示位和寄存器地址位，五位地址位([A4：A0])用于內部寄存器尋址。隨后是16位數據D15：D0。寫操作完成后，CS變為高電平。當cs由高變低時，主設備開始通過SDAI對RDSS射頻芯片進行寫入。最先寫入的是讀寫指示位和寄存器地址位，五位地址位([A4：A0])用于內部寄存器尋址。主設備可在隨后的16個周期讀取數據。讀操作完成后，CS變為高電平。

RNC2410的性能指標見表1。

RNC2410應用

由于RNC2410芯片集成度高，外圍只需稍許電路即可實現接收功能，大大簡化了系統設計。采用RNC2410的北斗一代接收終端系統方案圖1所示。

圖中BDI LNA為北斗一代低噪放，通常增益大于42dB，噪聲系數小于1.3dB。ADc可采用ADI公司的AD9283或類似產品，BDI Baseband為北斗一代基帶部分，可由專用芯片實現，也可用FPGA實現。

由于RNC2410芯片接收機射頻輸入端是差分結構，且差分阻抗為100歐姆，而LNA的輸出阻抗為單端50歐姆，為此，我們需要設計輸入匹配電略。此處我們采用了一個單端s0歐姆到差分100歐姆的Balun，同時采用差分T型網絡進行Balun和芯片的匹配，匹配電路如圖2所示。

RNC2410采用兩次變頻結構，為了提高鏡像抑制和信道選擇性，我們在第一中頻處選擇了一個高選擇性的中頻SAW，并對其進行匹配，電路如圖3。

RNC2410與基帶部分可提供兩種接口方式，一種是模擬中頻輸出，經片外ADC采樣后產生量化信號送至基帶；另一種是量化中頻輸出，直接由RNC2410產生2bits量化信號送至基帶。這兩種方式RNC2410均可以提供采樣時鐘。

采用RNC2410的北斗一代接收終端測試表明，接收靈敏度高于-157.6dBm。

結語

RNC2410是南京廣嘉微電子有限公司自主研發的北斗衛星導航系統專用射頻芯片，采用該芯片的北斗一代終端產品比以往傳統產品體積顯著減小，成本降低。模塊測試性能完全滿足整機用戶的要求，并已開始試用推廣，近期將大規模生產，促進我國北斗事業的快速發展。